8.5实验：验证机械能守恒定律 课件-2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

8.5 实验： 机械能守恒定律 第八章 机械能守恒定律 人教版（2019） · 高中物理必修二 1.7.2013 ‹#› 01 02 03 04 实验方案2 实验方案1 目 录 物理量的测量 实验思路 1.7.2013 ‹#› 知识回顾 1.机械能守恒的条件是什么？ 2.对于一个物体或系统，机械能守恒的表达式是什么？ 3.你是否可以举一些生活中机械能守恒的实例？ 在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。 （1）守恒观点：EK2+EP2=EK1+EP1 即 E2=E1 （2）转化观点：ΔEk= -ΔEp或 ΔEk减=ΔEp增 物体做自由落体运动； 物体沿着光滑斜面运动； 用细线悬挂的小球的摆动…… 1.7.2013 ‹#› 第一部分 实验思路 1.7.2013 现在，我们正式进入第一部分内容的学习：探究动能的表达式。我们将通过一个理想的物理模型，从理论上推导出动能的计算公式。 ‹#› 实验思路—思考与讨论 1.自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件。 2.物体沿光滑斜面下滑时，虽然受到重力和斜面的支持力，但支持力与物体位移方向垂直(如图)，对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。 3.用细线悬挂的小球摆动时，细线的拉力与小球的运动方向垂直，对小球不做功。如果忽略空气阻力，这个过程中只有重力做功，也满足机械能守恒的条件。 5 第二部分 物理量的测量 1.7.2013 ‹#› 物理量的测量 以第一种实验思路“利用自由落体验证机械能守恒定律”为例: 只有重力做功（不考虑空气阻力）时，只发生重力势能和动能的转化。 (2)所需测量的物理量：物体所处两位置之间的 、物体的_____ 。 mgh1－mgh2 高度差 运动 速度 7 第三部分 实验方案1 1.7.2013 ‹#› 实验方案1—研究自由下落物体的机械能 一、实验目的：验证机械能守恒定律 二、实验原理 在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变．若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh， 动能的增加量为mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律． 9 实验方案1—研究自由下落物体的机械能 速度的测量： 做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度 vt＝计算打第n个点瞬时速度的方法是：测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离hn和hn＋1，由公式vn＝ 算出，如图所示． 10 实验方案1—研究自由下落物体的机械能 三、实验器材：铁架台(带铁夹)、电火花打点计时器、重物(带夹子)、纸带(数条)、复写纸、导线、毫米刻度尺、220V交流电源。 mgh =mv 2 Q1：本实验要不要测量物体的质量？ gh =v 2 无需测量物体的质量 如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量。 11 实验方案1—研究自由下落物体的机械能 四、实验步骤： (1)安装置：按图所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。 (2)打纸带：①将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方； ②先接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物带着纸带自由下落； ③关闭电源，取下纸带。更换纸带重复做3～5次实验。 (3)选纸带：选取点迹清晰且第1、2两点间距接近2 mm的纸带。 (4)测长度：用毫米刻度尺测出所选定的各计时点到基准点的距离。 口诀：“一靠二通三放” 作为判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的依据 12 实验方案1—研究自由下落物体的机械能 五、数据处理： 方法一：利用起始点和第n点。 选择开始的两点间距接近 的一条纸带，打的第一个点为起始点， 如果在实验误差允许范围内 ，则机械能守恒定律得到验证。 2 mm (1)计算各点对应的瞬时速度：如图乙所示，根据公式vn＝ ，计算出某一点的瞬时速度vn。 (2)验证方法 13 实验方案1—研究自由下落物体的机械能 五、数据处理： (2)验证方法 14 实验方案1—研究自由下落物体的机械能 五、数据处理： (2)验证方法 15 实验方案1—研究自由下落物体的机械能 六、注意事项： 1.减小各种阻力的措施 （1）安装时使打点计时器的限位孔与纸带处于同一竖直平面内； （2） 应选用质量和密度较大的重物。 2.因重物下落过程中要克服阻力做功，实验中动能增加量必定稍小于重力势能减少量，否则实验数据不准确。 16 第四部分 实验练习2 1.7.2013 ‹#› 实验方案2—研究沿斜面下滑物体的机械能 1.实验器材 气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块。 2.实验装置 如图所示，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，动能增大。 18 实验方案2—研究沿斜面下滑物体的机械能 19 实验方案2—研究沿斜面下滑物体的机械能 3.实验测量及数据处理 4.误差分析 两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越____，误差越小。 窄 20 课堂小结 知识 梳理 实验方案1 实验方案2 实验目的：验证机械能守恒定律 实验原理：物体沿光滑斜面下滑时，除重力做功外，其他力不做功，满足机械能守恒的条件。 实验器材：气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块等 实验步骤： 数据处理： 注意事项： 实验目的：验证机械能守恒定律 实验原理：.自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件。 实验器材：铁架台(带铁夹)、电火花打点计时器等 实验步骤： 数据处理： 注意事项： 21 课堂练习 C 1.7.2013 请看第一题，这是一个关于动能基本概念的判断题。请大家仔细思考每个选项的描述是否准确。 ‹#› 课堂练习 2．物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据处理、误差分析等。例如某同学在“验证机械能守恒定律”实验中，利用实验时打出的纸带，测量出各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，计算出各计数点对应的速度v。画出随h变化的图像如图所示。在误差允许的范围内，图线的斜率更接近（       ） 时，可认为重锤下落过程中，机械能守恒。 A． B． C． D． A 1.7.2013 请看第一题，这是一个关于动能基本概念的判断题。请大家仔细思考每个选项的描述是否准确。 ‹#› 课堂练习 AB 1.7.2013 请看第一题，这是一个关于动能基本概念的判断题。请大家仔细思考每个选项的描述是否准确。 ‹#› 感谢聆听 1.7.2013 ‹#› (1)要验证的表达式：mv22＋mgh2＝ 或mv22－mv12＝ 。 mv12＋mgh1 mghn＝mvn2 方案二：任取两点计算。 先任取两点A、B测出hAB，算出ghAB。再算出eq \f(1,2)veq \o\al(2,B)－eq \f(1,2)veq \o\al(2,A)的值。 如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝eq \f(1,2)veq \o\al(2,B)－eq \f(1,2)veq \o\al(2,A)，则验证了机械能守恒定律。 方案三：图像法。从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以eq \f(1,2)v2为纵轴，以h为横轴，绘出eq \f(1,2)v2－h图线，若是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。 Lavf58.12.100 (1)测量两光电门之间的高度差Δh； (2)滑块经过两光电门时遮光条遮光时间Δt1和Δt2，计算滑块经过两光电门时的瞬时速度。 若遮光条的宽度为ΔL，则滑块经过两光电门时的速度分别为v1＝____，v2＝____； (3)若在实验误差允许范围内满足mgΔh＝eq \f(1,2)mveq \o\al(2,2)－eq \f(1,2)mveq \o\al(2,1)，则验证了机械能守恒定律。 1．如图为“验证机械能守恒定律”的实验装置，下列说法正确的是（　　） A．释放纸带时，重锤应尽量远离打点计时器 B．可以利用公式 计算重物的速度 C．由于阻力，重锤重力势能的减少量大于动能的增加量 D．交流电源的实际频率若小于 ，算得的动能偏小 3．某同学利用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。实验时首先将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平，然后将带遮光条的滑块移至图示位置，测得遮光条到光电门的距离为L，砝码盘到地面的距离大于L。由静止释放滑块，读出遮光条通过光电门的时间t。系统中砝码盘及砝码的总质量为m、滑块及遮光条的总质量为M，遮光条的宽度为d，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　） A．滑块通过光电门时的速度大小可利用 计算 B．在滑块运动距离L的过程中，系统重力势能减少量为mgL C．在滑块运动距离L的过程中，系统重力势能减少量为 D．在滑块运动距离L的过程中，系统动能增加量为 $